Союз культуры, науки, религии

Пределы жизни.

Поле устойчивости жизни определяет область, в которой жизнь может достигнуть полного развития. Характерным свойством живого вещества является его изменчивость, его способность приспособляться к условиям окружающей среды. Поле устойчивости жизни, связанное с изменчивостью жизни, является гетерогенным (неоднородным). Оно резко делится на 2 поля: гравитационное поле, более крупных организмов, и поле молекулярных сил, к которому относятся мельчайшие организмы – микробы, жизнь которых, и в особенности движения, определяются не тяготением, а излучениями – световыми и др. Важнейшими признаками, характеризующими эти оба поля, являются: температура, давление, фаза и химизм среды, лучистая энергия.

Самая высокая температура, которая выдерживается без смерти организма некоторыми гетеротрофными существами, особенно в латентной форме их бытия, например, спорами грибов, приближается к 140

С (с учетом сухой или влажной среды). В опытах М.Христена споры почвенных бактерий выдерживали нагревание, не теряя жизни, до 130

С в течение 5 мин., до 140

С – в течении 1 мин. Опыты в Дженнеровском институте в Лондоне указали на устойчивость (в жидком водороде) спор бактерий в течение 20 час. при -252

С. В опытах А.Беккереля споры плесневых грибков в безвоздушной пространстве не теряли жизнеспособности в течение 3 суток при –253

С. Опыты Г.В.Хлопина и Г.Таманна указали, что плесневые грибы, бактерии, дрожжи выдерживают давление до 3 тыс. атмосфер без всякого видимого изменения своих свойств. Жизнь дрожжей сохраняется 8 тыс. атмосфер давления.

Безжизненной является среда, в которой распространяются ультрафиолетовые лучи с длиной волны меньше 0,3 мм. Опыты А.Беккереля, что эти лучи убивают в течение короткого промежутка времени все формы жизни. Среда, в которой они находятся (межпланетное пространство) непроходима для всех форм жизни, приспособившихся к биосфере, хотя ни температура, ни давление, ни химический ее характер не препятствуют нахождению жизни в ней. Открытие Л.Пастером анаэробных организмов указало на существование жизни в среде, лишенной свободного кислорода. Установлением С.Н.Виноградским автотрофных организмов выяснило возможность существование жизни в отсутствие готовых органических соединений, в чисто минеральной среде. В пределах термодинамического поля существования жизни, разные ее формы могут находиться без вреда в самых разнообразных химических средах. Bacillus boracicola, живущая в горячих борных источниках Тосканы, может жить в насыщенном растворе борной кислоты, она свободно выдерживает 10%-ный раствор серной кислоты при обычной температуре. Известен целый ряд организмов, главным образом плесневых грибов, которые живут в крепких растворах различных солей, гибельных для других организмов. Есть грибки, живущие в насыщенных растворах купороса, селитры, ниобата калия; дрожжи живут в растворах фтористого натрия. Личинке некоторых мух выживают в 10%-ном растворе формалина. Существуют бактерии, размножающиеся в атмосфере свободного кислорода. Но это верно лишь для гетеротрофных организмов. Развитие зеленых организмов требует присутствия свободного кислорода, хотя бы растворенного в воде. Крепкие соляные рассолы не дают возможности развития этих форм жизни. Хотя некоторые формы жизни, в латентном (споры, зерна – скрытая жизнь) ее состоянии, могут находиться без гибели в среде, лишенной воды; вода в капельно-жидком и газообразном состоянии является необходимым условием для роста и размножения организмов, для их появления в биосфере. Для жизни необходима природная, а не химически чистая вода. В природных водах (пресных или соленых) количество органических растворенных соединений сильно колеблется. Они вызывают морскую или иную пену природной воды, их проявлением являются тонкие цветные пленки на водных поверхностях, они дают окраску болотных, тундровых рек и озер, черных и бурых рек тропических и подтропических областей.

В условиях биосферы недоступны для жизни кратеры вулканов во время извержения и не застывшие еще с поверхности лавы. В земном поле устойчивости жизни отвечают область временного проникновения (без быстрой гибели) живых организмов, и область длительного их существования, связанного с проявлением размножения. В своем существовании жизнь защищена озоновым экраном от губительных ультрафиолетовых лучей. По наблюдениям А.Гумбольда, птица кондор в полете поднимается до 7 км от земной поверхности; он наблюдал мух на вершине горы Чимборасо (5882 м). Вдали от горных вершин и даже в горных областях птицы не залетают выше 5 км (над уровнем моря). Наблюдения летчиков показывают поднятие орла до 3 км. Бабочки наблюдались на высоте 6,4 км, пауки – до 6,7 км, тля – до 8,2 км. Деревни, постоянные поселения человека встречаются на высоте 5,1 – 5,2 км (Перу, Тибет), железные дороги – на высоте 4,77 км (Перу), его возделанные поля – на высоте 4,65 км.

Появление жизни.

При «абиогенной стадии развития» на Земле механизм геосфер или протопланетная масса вырабатывали, постоянно усложняясь, преджизнь (в форме коллоидов, специфических жидких или твердо-жидких кристаллов); появление биосферы и живого вещества знаменовало собой переход поверхностных оболочек планеты в новое состояние. Биосфера стала осваивать все более высокие уровни организованности и энергоемкости, захватывая новые массы косного вещества и вовлекая их в биотические круговороты, о чем можно судить по результатам запечатленным в земной коре – каменной летописи планеты, области былых биосфер. Но живое вещество проявляет активность в узком диапазоне температур, приблизительно от точки замерзания до точки кипения воды (0 – 100

С). К тому же оно нуждается в постоянном притоке энергии из вне, с учетом качества энергии и форм ее проявления.

Земные растения используют менее 1% поступающей на Землю солнечной энергии. Способности живого вещества, материи использовать все экологические возможности, предоставляемые биосферой. Так, обитатели средней полосы России переносят ежегодную холодную зиму: часть животных впадает в зимнюю спячку, а растения приспособились выдерживать сильные морозы. В горячих источниках, в рассолах, в безводных пустынях обитают живые существа. Это примеры освоения экологических ниш отдельными группами организмов. Живое вещество стало играть роль своеобразного глобального «полупроводника», через который течет лучистая энергия солнца, частично удерживаемая в приповерхностной оболочке и накапливающаяся в земной коре. Биохимик Э.Брод в книге «Эволюция биоэнергетических процессов» (М., 1978 г., с. 69, 70) пишет, что о величине энергетического потенциала живого вещества можно судить по производству энергии на единицу массы. Человек весом 70 кг, потребляющий 3000 ккал в день вырабатывает 2 х 10

Дж/г.с, т.е. в 10 тыс. раз больше, чем единица солнечной массы (2 х 10

Дж/г.с); азотобактерия же в том отношении почти во столько же раз активнее человека (10 Дж/г.с). Оценивая стоимость ежедневно производимой человеком массы высокоэнергетического нуклеотида АТФ, активнейшего участника синтеза белкой и нуклеиновых кислот, с учетом быстрой оборачиваемости биохимических циклов АТФ в организме (около 1 тыс. оборотов в сутки), Э. Брод рассчитал, что человек производит около 75 кг АТФ. Техническое получение такого количества АТФ обходилось в 1970-е гг. примерно в 150 тыс. долларов США. Но азотобактерия по этому показателю, по эффективности производства АТФ примерно в 1-2 тыс. раз превосходит человека.

В биосфере обитают миллиарды миллиардов живых микроскопических «сверхсолнц», распространяющих в окружающее пространство собственную биомассу и биопродукцию. Внешние силы (в т.ч. гравитация и пр.) сдерживают стремление живого вещества к беспредельному распространению в биосфере, создавая напряженное динамическое равновесие («эффект пружины»). Этим определяется направленность эволюции жизни и биосферы, их неизбежность переходов в новые, более совершенные энерго-информационные состояние. Так электрон, получив квант энергии, переходит на более высокий энергетический уровень.

Ограниченность биосферы стимулировала ее внутреннюю реорганизацию. Стали появляться все более сложно организованные биологические микро- и макросистемы и, наконец, оформилась группа животных, обладающих наивысшими интеллектуальными способностями, отмечают в своих книгах Г.Ф.Хильми «Основы физики биосферы» (Л., 1966 г.) и Т.Шарден «Феномен человека» (М., 1965 г.). В процессе жизни, в т.ч. человеком, поглощается часть накопленной биоэнергии и со временем некоторые биологические ресурсы начали скудеть. Что обусловило переход человека к более рациональной системы природопользования, к искусственному воспроизводству растений и животных, т.е. к созданию техногенных «биохранилищ» энергии.

Атмосфера.

Первичная (архейская) атмосфера, по распространенным представлениям была восстановительной и состояли из метана, аммиака, углекислого газа, водяного пара; в числе микроэлементов находился и кислород. С появлением органического фотосинтеза началось постепенное увеличение кислорода в атмосфере. Одновременно уменьшалось содержание углекислого газа отмечает М. Руттен в книге «Происхождение жизни» (М., 1973 г., с. 353, 355). Первичная атмосфера обладала свойствами саморазвивающейся системы. Опыты показывают, что в смеси газов, соответствующей предполагаемой проатмосфере, содержащей метан, аммиак, воду и водород, при воздействии электрических разрядов появляются сложные углеводороды – альдегиды, молекулы аминокислоты, а также цианистый водород. Из атмосферы молекулы должны были попасть в кору выветривания (или, как предполагается, в первичный океан), «прилепиться» к коллоидным частицам. Для ступени, достигнутой атмосферой в фанерозое (последние 600 млн. лет.), по ряду расчетов характерны не менее 2-3 волн повышения и понижения содержания кислорода, а также колебания содержания углекислого газа, связанные с накоплением углерода растениями и активизацией вулканизма. Одно из свидетельств в пользу высокого (превышающего современный уровень) содержания кислорода в прошлом – существование гигантских бабочек в каменноугольное время и общее уменьшение с той поры размеров насекомых, обладающих трахейным дыханием.

В структуре атмосферы выявляются озоновый экран, радиационные пояса, углекислый газ в верхах тропосферы. Значительная часть коротковолнового и корпускулярного излучения Солнца, губительного для живого вещества, задерживается очень высоко над земной поверхностью в магнитосфере, ионосфере и т.п. Кислород поступает в атмосферу от фотосинтеза (4,67.10

тонн в год). Мощный регулятор содержания кислорода в атмосфере – океан. Постоянно растет потребление кислорода при сжигании топлива, окислении почв и техногенных металлов. В книге «Геохимия окружающей среды» А.А. Беуса и др. (М., 1976 г., с. 65) отмечается, что на это уходит кислорода не менее 9.10

тонн в год. До 1967 – 1969 гг. израсходовано в техногенезе 273 млрд. тонн кислорода и продуцировано 322 млрд. тонн углекислого газа отмечает Ф.Ф. Давитая в книге «Атмосфера и биосфера – прошлое, настоящее, будущее» (Л., 1975г., с. 18). Для кислорода это количество составляет 0,0182% от общего содержания в атмосфере (величена, не обнаруживаемая при наблюдениях), а для углекислого газа – 14 %. По мнению Ф.Ф. Давитая, убыль кислорода достигнет катастрофических размеров примерно к 2060-м гг., если процесс будет идти с прежним ускорением (израсходуется 2/3 запасов кислорода). Рост содержания углекислого газа скажется значительно раньше в 1-ю очередь из-за экранирующего «парникового» эффекта (уменьшение атмосферного «окна», пропускающего теплового излучение Земли). При сгорании топлива в техносферу с твердыми частицами поступают свинец, хлор, бром, ртуть, кадмий и др. Химические предприятия выбрасываю в атмосферу ядовитые для живого вещества. При сельхозработах (особенно с помощью авиации) в воздух поступают ядовитые пестициды (в т.ч. карбофос).

Гидросфера.

Воды гидросферы по своей массе преимущественно сосредоточены в Мировом океане (1,37х10

км

), а также в трещинах и порах литосферы (6х10

км

). Наименьшее количество воды – в реках (1,2х10

км

) и в атмосфере (1,4х10

км

). Но по активности водообмена соотношение обратное: обновление подземных и океанических вод проходит в течение тысячелетий, а речных и атмосферных – за считанные дни. В годовом балансе вод на 1-м месте атмосферные(5,25х10

км

/год), океанические – только на 2-м месте (4,52х10

км

/год), т.е. основное водообмен идет между атмосферой и Мировым океаном, ведь из океанических резервуаров, а также из бессточных областей суши вода может переходить только в атмосферу. В механизме геосфер очень важная функция у воды. Благодаря своим специфичным свойствам и возможности наиболее полно проявлять их в природных условиях Земли вода активно участвует и в переработке минеральных масс, и в накоплении осадкой, и в подземных метаморфических процессах, в и жизнедеятельности, и в техногенезе. Она – один из ведущих климатических факторов. Высокая теплоемкость и относительная легкость фазовых переходов делают воду «двигателем» и планетным «стабилизатором» в системе глобальных круговорот веществ. А энергия Солнца и – главный поставщик энергии, движущий механизм геосфер.

В природные воды поступают разнообразные продукты технической деятельности: нефть, нефтепродукты, химикалии, коммунальные стоки, пестициды и гербициды, тяжелые металлы, радиоактивные вещества и пр. В конце 20 в. только химудобрений попадало в океан 10 млн. тонн в год, меди – 0,38 и свинца – 0,2 млн. тонн в год. На земном шаре было создано около 1350 водохранилищ – каждое объемом более 100 млн. м

), из них в СССР – 150. Суммарный объем всех водохранилищ превышал 4100 км

и имелось много тысяч менее крупных искусственных водоемов отмечалось в работе «Водохранилища мира» (отв. ред. Г.В. Воропаев, С.Л. Вендров – М., 1979г.).

Все геосферы Земли взаимно проникают одна в другую. Твердые частицы витают в воздухе, содержатся в водах. Газы пронизывают гидросферу и земную кору. Вода присутствует в атмосфере и содержится в литосфере и в разных формах. Геосферы выделяются главным образом по преобладающему весовому содержанию веществ, находящихся в той или иной фазе. Более дробное деление проводится по дополнительным (физическим, химических) признакам, так же как страфикация твердой массы планеты. Основатель учения о биосфере В.И. Вернадский даже считал уместным использовать понятие земной оболочки в «Избранных сочинениях» (М., 1954-1960гг. – в 6-ти т.; с.61), где записано – «более общее и сложное, чем геосфера. Она захватывает, может быть, несколько геосфер».

По своей структуре еще сложнее техносфера, охватывающая, пронизывающая и преобразующая биосферу, и в то же время выходящая за ее пределы. Она включает в себя технические системы, техногенное вещество, атмосферу, гидросферу, верхнюю часть земной коры, околоземный космос.

Активность техносферы выражается в изменении химических и физических свойств геосфер, живого вещества и т.д., а также процессов взаимодействия природных тел (механизма геосфер, биосферы).

30. Эволюционное учение. Совокупность представлений о механизмах и закономерностях исторических изменений в природе определяет эволюционное учение о постепенных изменениях. Эволюционное учение утверждает непрерывность развития всего органического мира. Истоки эволюционных воззрений восходят к глубокой древности. Философы Древней Греции и Древнего Рима (Демокрит, Анаксагор, Аристотель, Лукреций и др.) высказывали различные предложения о развитии и превращениях организмов и делали попытки определить движущие силы этих явлений. В эпоху средних веков господство религии и схоластики привело к проповедованию абсолютного постоянства всей природы (все виды, однажды появившиеся в результате божественного акта творения, навечно остаются неизменными). В 15-18 вв. при великих географических открытиях произошло накопление знаний о живой природе, что способствовало развитию систематики живых организмов. Одним из создателей классических трудов по систематике органического мира был шведский натуралист К.Линней (1707-1778гг.). Являясь сторонником господствующей теории божественного творения, К. Линней утверждал, что «каждый вид – это потомство одной пары, созданной Богом при сотворении мира», но все же допускал возможность ограниченного видообразования. Во 2-й половине 18 в. в трудах многих естествоиспытателей излагались различные гипотезы развития природы, которые сыграли прогрессивную роль в становлении естествознания. Большое влияние на материалистическое объяснение законов природы оказали французский материалисты Ж.Ламетри, Д.Дидро и К.Гельвеций, отвергавшие идею божества. Вклад в развитие эволюционных представлений внесли русские ученые М.Ломоносов, А.Радищев.

Первая попытка создания целостного учение об эволюции живых существ принадлежит французскому зоологу Ж.Б.Ламарку. В его труде «Философия зоологии» (1809г.) содержатся основные возражения против идеи вечности и неизменности видов. Изучение многообразия животных и растений позволило Ж.Б.Ламарку высказать предположение о наличии прогрессивной эволюции под воздействием меняющихся условий жизни. При этом на растения и низших животных условия жизни оказывают прямое влияние (непосредственно воздействуя на обмен веществ), а на высших животных – косвенное (воздействую на обмен веществ через нервную систему). Ламарк утверждал наследуемость приобретаемых таким образом организмами изменений. Согласно ламаркизму, органическая природа в процессе исторического развития изменяется в направлении от низших форм к высшим, объясняя это неким внутренним их стремлением к совершенствованию. Историческое развитие организмов, по ламаркизму, создает восходящую лестницу живых существ – градацию (постепенное ступенчатое усложнение организации живых существ в ходе их исторического развития). В этом проявился плоский эволюционизм Ламарка, не видевшего возможности перехода количественных изменений в качественные в процессе видообразования. Ламаркизму присущи черты деизма (лат. – Бог) – распространенное в 17-18 вв. религиозно-философское учение, допускавшее существование Бога лишь как первопричины мира и отрицавшее существование Бога как личности (теизм) и его вмешательство в жизнь природы и общества (чудеса, откровения). Деизм при своем зарождении выражал интересы буржуазии в борьбе с феодальным мировоззрением и в известной мере ограничивал и подрывал церковную идеологию. Виднейшие представители деизма (деисты) во Франции – Вольтер, Руссо, в Англии – Локк, в России – Кантемир, Новиков.

Французский ученый Ж.Кювье (1769-1832 гг.), используя исследования ископаемых организмов, пришел к заключению о постепенном совершенствовании их строения по мере перехода от древних слоев к новым. Однако, будучи сторонником креационизма (лат. – создание) – под влиянием теории божественного акта творения, идеалистического учения о сотворении мира, живой и неживой природы в едином творческом акте, объяснял качественные различия геологических слоев на основе «теории катастроф», согласно которой в истории Земли происходили геологические перевороты, в результате чего гибли целые фауны и флоры и возникали новые, более высокие по своей организации. Ж.Кювье, используя сравнительный метод, получил фактический материал, подтверждающий существование эволюции и высказал идею приспособляемости организмов к условиям окружающей среды и взаимозависимости отдельных частей и органов внутри организма. Ж.Кювье установил закономерность смены животных форм во времени и показал, что чем ближе к геологической современности, тем больше сходство между ископаемыми и современными формами животных.

В 19 в. труды английского геолога Ч.Лайеля отвергли представление Ж.Кювье о действии каких-либо особых сил, вызывающих различные природные изменения на Земле; клеточная теория немецкого ученого Т.Шванна подтвердила единство живой природы; также исследования в области эмбриологии, палеонтологии, биогеографии, селекции, сравнительной анатомии обогатили эволюционное учение. Значительный вклад в развитие эволюционной идеи внесли русские ученые – естествоиспытатели К.М.Бэр, К.Ф.Рулье и др. Накопленные теоретические и фактические материалы были приведены английским ученым Ч.Дарвином (1809-1882 гг.) в систему, названную впоследствии дарвинизмом, по которой главными действующими факторами эволюции являются наследственность, изменчивость и естественный отбор в природе (искусственный – в домашних условиях). В своей теории Дарвин исходил из существования 2 типов изменчивости – определенной и неопределенной (наследственной). В том случае, когда действующие условия среды одинаково влияют на изменение всех или большинства особей, имеет место определенная изменчивость, например, зависимость между климатом и степенью развития кожи или шерстного покрова. Определенная изменчивость, как правило, наследственно не закрепляется (т.е. носит сугубо приспособительный характер). Неопределенные изменения возникают у отдельных особей также под влиянием окружающей среды, но носят случайный характер и наследственны по своей природе. Если возникшие неопределенные изменения полезны для данного вида, то в процессе естественного отбора они закрепляются. Например, если внутри группы растений одного вида под воздействием случайных причин возникли отдельные растения с признаками холодоустойчивости, то при попадании в более холодный климат выживают именно холодоустойчивые растения, давая, таким образом, начало холодоустойчивым растениям. Благодаря непрерывному действию естественного отбора животные или растения, находящиеся в различных районах обитания, приспосабливаются к местным условиям, изменяются в различных направлениях (в соответствии с этими условиями) и будут расходиться в своих признаках или дивергировать. В работе «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859 г.) Дарвин изложил основные положения своей теории. В книге «Прирученные животные и возделываемые растения» (1868 г.) он объяснил возникновение домашних животных и культурных растений путем искусственного отбора. В труде «Происхождение человека и половой отбор» (1871 г.) дал естественнонаучное объяснение происхождению человека от животных предков. Труды Ч.Дарвина были названы Ф.Энгельсом одним из крупнейших достижений естествознания 19 в. Эволюционное учение в форме дарвинизма обосновало возможность использования исторического метода в приложении к природе, на этом этапе нанесло удар по религиозным представлениям о постоянстве и неизменности всего существующего, по идеалистическим и метафизическим взглядам на развитие органического мира.

К началу 21 в. эволюционное учение было основано на фундаменте достижений генетики, раскрывшей материальную природу наследственности. Эволюционирующей единицей является не особь и не вид, а популяция – совокупность особей одного вида, длительно населяющих определенную территорию и свободно скрещивающихся между собой.

В основе наследственных изменений в популяции лежит мутационная изменчивость как следствие внезапно возникающих мутаций – наследственных изменений генетического аппарата. Мутации могут возникать в любой клетке на любой стадии развития как в обычных условиях существования (спонтанные мутации), так и под воздействием каких-либо физических или химических факторов (индуцированные мутации). Поэтому движущими факторами эволюции являются мутагенез (процесс образования мутаций) и естественный отбор. Процесс естественного отбора заключается в выживании тех организмов, мутационные изменения которых обеспечивают наибольшую приспособленность организмов к условиям среды. Изменения некоторых природных популяций связаны с последствиями деятельности человека (например, с изменением химической и радиационной обстановки). Генетические исследования популяций вирусов, бактерий и др. микроорганизмов при действии антибиотиков и сульфаниламидных препаратов показали мутационную природу быстрой эволюции этих форм в сторону появления устойчивых штаммов. Внедрение инсектицидов для массовой борьбы с вредными насекомыми привело к появлению новых форм насекомых, устойчивых к действию ядов, а влияние радиации обусловило эволюцию популяций на пути приобретения радиоустойчивости и т.д.

К высшим животным организмам относится человек, стоящий на вершине эволюционной лестницы животного мира. Согласно теории происхождения человека от высших обезьян, биологические особенности строения тела человека возникли под влиянием труда. В результате умения человека изготавливать орудия труда и целенаправленно их применять его рука постепенно стала отличаться от строения верхней конечности обезьяны; таким образом, рука человека стала «не только органом труда, но и его продуктом». Возникшие производственные отношения (вначале примитивные) стимулировали возникновение членораздельной речи и высокое развитие головного мозга. «Сначала труд, а затем и вместе с ним членораздельная речь явились двумя самыми главными стимулами, под влиянием которых мозг обезьяны постепенно превратился в человеческий мозг… Развитие мозга и подчиненных ему чувств, все более и более проясняющегося сознания, способности к абстракции и к умозаключению показывало обратное воздействие на труд и на язык, давая обоим все новые и новые толчки к дальнейшему развитию» (К.Маркс и Ф.Энгельс, Полн. собр. сочинений; 1961г., т. 20, стр. 490). Прошли сотни тысяч лет непрерывного взаимовлияния труда и речи на телесную организацию человека, пока он не превратился, наконец, в новый биологический вид – homo sapiens (разумный человек). Пройдя за 50-100 тыс. лет ряд этапов эволюции (питекантроп, гейдельбергский человек, неандерталец), человек приобрел высокую биологическую структуру, свойственную ныне живущим людям. Отличительные свойства человека: 1) высокая степень развития руки, позволяющая изготавливать орудия труда для сознательного воздействия на окружающий мир; 2) прямохождение и положение внутренних органов, соответствующее вертикальному положению тела; 3) членораздельная речь; 4) высокая степень развития головного мозга и его вместилища – черепа; 5) кожа, большая часть которой лишена волосяного покрова. В основе строения, развития, жизнедеятельности всех многоклеточных живых организмов, а следовательно и человека, лежит клетка – структурная и функциональная единица.